Оскільки риби - вкрай майстерні плавці, фізична структура їхніх тіл найчастіше служить референсом і джерелом натхнення для вчених, які конструюють підводних роботів. Дослідники з'ясували, що, регулюючи жорсткість своїх хвостів, боти можуть плавати набагато ефективніше.
У справжньої риби м'язи хвоста можуть бути посилені для оптимального швидкого спринту або ослаблені для кращого плавання на малих швидкостях і маневреності. Однак роботам, натхненним рибами, доводиться йти на компроміс - їхні хвости мають одну жорсткість, яка не може ідеально підходити до всіх умов і ситуацій.
«Жорсткість хвоста - це як одне передавальне число на велосипеді», - пояснив професор Ден Квінн з Університету Вірджинії. "Ви будете ефективні тільки на одній швидкості. Це все одно що їхати по Сан-Франциско на велосипеді з фіксованою передачею; ви вимотаєтеся вже через кілька кварталів ".
На жаль, дуже складно визначити, як і коли риба змінює жорсткість хвоста. Працюючи з докторантом Цян Чжун, Куїнн звернувся до гідродинаміки і біомеханіки, щоб отримати теоретичну модель цього процесу. Виявилося, що жорсткість хвоста повинна збільшуватися залежно від квадрата поточної швидкості плавання.
Автори роботи випробовують AutoTuna
Щоб перевірити свою теорію на практиці, вчені побудували тунця-робота, відомого як AutoTuna. Ґрунтуючись на моделі жорсткості хвоста реальної риби, пристрій використовує програмоване сухожилля для автоматичної зміни жорсткості хвостової частини. Примітно, що робот може плавати в більш широкому діапазоні швидкостей, ніж ідентична в іншому модель з фіксованою жорсткістю хвоста, при цьому споживаючи майже вдвічі менше енергії.
В даний час дослідники вивчають, як цю технологію можна застосувати до роботів, заснованих на інших типах плаваючих тварин.
«Механізми налаштування жорсткості, подібні нашому, можна зробити вельми компактними, щоб вони могли підтримувати роботів різних розмірів і форм», - пояснив Куїнн. "Найскладніше з'ясувати, наскільки жорстким повинен бути робот при різних частотах і чотирьох швидкостях плавання. Ми використовували фізичну модель і тести у водоймах, щоб розробити основні правила управління, які наш робот буде використовувати при автоматичному налаштуванні жорсткості хвоста. Ця модель потрібно буде відкалібрувати заново, якщо ви задумаєте зробити робота більше (наприклад, дельфіноподібного) або переключилися на інший тип плавання (наприклад, на робота, схожого на ската), але це цілком здійсненно ".